李 華，王 曉，蘭 金 霞，呂 麗 華，劉 國 軍

(大連工業(yè)大學 紡織與材料工程學院，遼寧 大連 116034)

0 引 言

近年來，紫外光引發(fā)聚合物材料表面光接枝改性技術被廣泛應用于表面改性、表面功能化、高性能化甚至接枝成型技術等領域[1]。紫外輻射的光源及其設備成本低，反應程度易控制，易于實現(xiàn)連續(xù)化工業(yè)生產，且所用的紫外光能量比較低，不會損壞材料的本體性能[2]。棉纖維素織物的接枝與染色方面的研究，集中于將棉纖維進行接枝改性，提高陰離子染料的上染率和利用率，降低染色過程中電解質的使用量，甚至實現(xiàn)無鹽染色[3－5]。本實驗室已嘗試將染料與單體以離子鍵形式相結合，再利用紫外光將其接枝到織物表面，實現(xiàn)織物的染色。本試驗將單體與染料進行共價鍵合，再對棉織物進行光接枝染色。

1 試 驗

1.1 材 料

棉織物(10cm×10cm，市購)；C.I.活性紅198；2－甲基－3－丁烯－2－醇，Sigma－Aldrich；碳酸鈉和無水乙醇，分析純；醋酸，分析純；光引發(fā)劑，2，4，6－三甲基苯甲?；交趸?TPO)。

1.2 染色方法

1.2.1 染料的改性

配制質量濃度為30g／L的染液，用碳酸鈉或醋酸調節(jié)pH 值，加入2－甲基－3－丁烯－2－醇單體，在冷凝條件下加熱，得到改性染料。采用正交法優(yōu)化染料改性工藝。各因素及水平見表1。

表1 正交試驗各因素及水平Tab.1 Factors and levels in optimal design

1.2.2 改性染料的紫外光接枝染色

將上述改性染料的染液稀釋質量濃度為3g／L，加入光引發(fā)劑，通過噴染將染液轉移到棉織物上，然后放入UV輻射裝置中進行輻照，之后烘干、皂洗、水洗、烘干，探討適宜的光接枝條件。

1.3 性能測試方法

綜合上述探討結果，得出最佳光接枝染色織物的工藝。浸染染色采用3g／L的染料，浴比為1∶20，35℃始染，以0.5℃／min的速率升溫至60℃，染色30min后加入20g／L的Na2CO3進行固色，再烘干、皂洗、水洗、烘干。

1.3.1 色差分析

采用符合CIE1976標準的D65光源的全自動色差計。利用GSBA67002286陶瓷標準白板作為白度、色度測量用的定標標準，以未經染色的空白棉織物作為參比試樣，對紫外光接枝的棉織物與浸染染色織物綜合色差進行比較測試。

1.3.2 拉伸性能測定

采用YG065型電子織物強力試驗儀，對10cm×5cm的待測試樣恒濕測試。

1.3.3 剛柔性和表面摩擦性能測定

采用YG821L型織物風格儀對5cm×5.5cm，正反面各測試一次，取平均值。測試標準為FZ／T 01054.4—1999。

采用YG821L型織物風格儀，布樣采用3cm×2.8cm和3cm×7.7cm，進行表面摩擦性能的測定。測試標準為FZ／T 01054.2—1999。

1.3.4 透氣性測定

采用YG461E型電腦式透氣性測試儀測試織物的透氣性，采用15cm×15cm布樣進行透氣率測試。測試標準為GB／T 5453—1997。

2 結果與討論

2.1 染料改性工藝分析結果

正交試驗結果如表2所示。根據(jù)極差大小可排列出對染料改性的影響因素從大到小依次為：反應溫度、pH值、反應時間和染料與單體的摩爾比。并且從極差值的大小可知，反應溫度和pH值對染料改性的影響程度接近。最佳染料改性工藝條件是A2B4C4D2，即pH值為8，反應溫度為70℃，反應時間為60min，C.I.活性紅198與單體的摩爾比為1∶2。由方差分析知pH值和反應溫度為顯著因素。

表2 正交試驗結果Tab.2 Results of orthogonal experiment

2.2 光接枝工藝分析結果

如圖1所示，染色色差隨紫外光照射時間的延長先增加后降低，在3min時染色效果最好。這可能是由于光引發(fā)劑在紫外光作用下，在較短的時間內便可以產生自由基，隨著時間的增長，自由基的數(shù)量也逐漸增加，在棉織物表面引發(fā)接枝反應，改性染料鏈增長占主導地位，使得織物色差呈增長趨勢。此后鏈增長反應逐漸趨緩，并且均聚反應占主導地位。因此照射時間宜采用3min。

圖1 紫外光照射時間對色差的影響Fig.1 Effect of UV irradiation time on the color difference

紫外光接枝棉織物染色色差與光引發(fā)劑用量的關系如圖2所示。隨著光引發(fā)劑用量的增加，織物的染色色差升高，但光引發(fā)劑用量增加到對單體質量的3%后，提高光引發(fā)劑用量染色色差反而下降。光引發(fā)劑用量的提高意味著自由基數(shù)量的增多，自由基在引發(fā)接枝聚合反應的同時，也大量引發(fā)了均聚反應，均聚副反應的發(fā)生影響以及降低改性染料的接枝率，進而降低了織物色差。

圖2 光引發(fā)劑用量對色差的影響Fig.2 Effect of photoinitiator amount on the color difference

2.3 拉伸性能分析

如表3所示，與浸染染色法相比光接枝染色織物的拉伸性能降低3%，且與未處理的織物相比，拉伸性能都有一定程度的降低。這可能是由于紫外光改性處理對棉織物表面產生一定的刻蝕，使得纖維的拉伸性能產生不同程度的降低。

表3 織物拉伸性能Tab.3 Tensile properties of fabrics

2.4 剛柔性與表面摩擦性能分析

如表4所示，與浸染染色法織物相比，接枝處理的織物的硬挺度略提高約0.4%。靜摩擦系數(shù)和動摩擦系數(shù)均有一定程度的提高，靜摩擦系數(shù)約提高8.1%，這可能是由于接枝處理的織物表面覆有一層2－甲基－3－丁烯－2－醇單體，織物硬挺度提高，摩擦系數(shù)增大，手感變粗糙。

2.5 透氣性分析

紫外光接枝染色后透氣率的影響如圖3所示，浸染染色法織物的透氣性明顯優(yōu)于紫外光接枝染色織物，這可能是纖維表面接枝的改性染料的接枝鏈減少了纖維間的縫隙，空氣透過織物的阻礙作用增大，透氣性下降。

表4 織物剛柔性能Tab.4 The stiffness of fabrics

圖3 織物透氣率Fig.3 The air permeability of fabrics

3 結 論

由正交分析可得適宜的染料改性工藝為：pH值為8，在70℃時反應60min，染料與單體的摩爾比為1∶2。紫外光照射時間3min、光引發(fā)劑用量為對單體質量的3%時染色效果最好。紫外光接枝染色的棉織物色差值、拉伸性能、透氣性、柔軟性能雖有一定程度的降低，但仍滿足服用性能要求。

[1]韋亞兵，錢翼清.聚酯薄膜表面的光化學接枝改性[J].高分子材料科學與工程，1999，15(4)：127－12.

[2]駱玉祥，吳越，胡福增，等.超高分子量聚乙烯纖維紫外接枝處理[J].復合材料學報，2001，18(4)：29－33.

[3]張峰，陳宇岳，張德鎖，等.HPB－NH2接枝氧化棉纖維的制備及其染色性能[J].紡織學報，2008，29(10)：73－77.

[4]ZHANG Feng，CHEN Yuyue，LIN Hong，et al.HBP－NH2grafted cotton fiber：Preparation and saltfree dyeing properties[J].Carbohydrate Polymers，2008，74(2)：250－256.

[5]LIU Yeqiu，HU Jinlian，ZHU Yong，et al.Surface modification of cotton fabric by grafting of polyurethane[J].Carbohydrate Polymers，2005，61(3)：276－280.